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Protection of metal interfaces against hydrogen-assisted cracking

  • Enabling a hydrogen economy requires the development of materials resistant to hydrogen embrittlement (HE). More than 100 years of research have led to several mechanisms and models describing how hydrogen interacts with lattice defects and leads to mechanical property degradation. However, solutions to protect materials from hydrogen are still scarce. Here, we investigate the role of interstitial solutes in protecting critical crystalline defects sensitive to hydrogen. Ab initio calculations show that boron and carbon in solid solutions at grain boundaries can efficiently prevent hydrogen segregation. We then realized this interface protection concept on martensitic steel, a material strongly prone to HE, by doping the most sensitive interfaces with different concentrations of boron and carbon. These segregations, in addition to stress relaxations, critically reduce the hydrogen ingress by half, leading to an unprecedented resistance against HE. This tailored interstitial segregationEnabling a hydrogen economy requires the development of materials resistant to hydrogen embrittlement (HE). More than 100 years of research have led to several mechanisms and models describing how hydrogen interacts with lattice defects and leads to mechanical property degradation. However, solutions to protect materials from hydrogen are still scarce. Here, we investigate the role of interstitial solutes in protecting critical crystalline defects sensitive to hydrogen. Ab initio calculations show that boron and carbon in solid solutions at grain boundaries can efficiently prevent hydrogen segregation. We then realized this interface protection concept on martensitic steel, a material strongly prone to HE, by doping the most sensitive interfaces with different concentrations of boron and carbon. These segregations, in addition to stress relaxations, critically reduce the hydrogen ingress by half, leading to an unprecedented resistance against HE. This tailored interstitial segregation strategy can be extended to other metallic materials susceptible to hydrogen-induced interfacial failure.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:G. HachetORCiD, S. WeiORCiD, Ali TehranchiORCiD, X. DongORCiD, J. Lestang, A. Zhang, B. Sun, S. Zaefferer, B. Gault, D. Ponge, D. Raabe
Persönliche Herausgeber*innen:Ali TehranchiORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Nature Communications
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.4 Materialinformatik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Springer Science and Business Media LLC
Jahrgang/Band:16
Ausgabe/Heft:1
Aufsatznummer:11032
Erste Seite:1
Letzte Seite:11
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Hydrogen embrittlement; interstitial
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialdesign
DOI:10.1038/s41467-025-67310-6
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-650881
ISSN:2041-1723
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:15.12.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:22.12.2025
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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